提高载波频率的GPS模拟卫星姿态测量研究

本文讨论了利用 GPS 模拟卫星和伪 GPS 接收机进行高精度舰船姿态测量的可行性及其测量方法。该方法主要是通过提高 GPS 模拟卫星的载波频率来提高载波相位从而提高测姿精度。并且在工作原理、设备布设方法、姿态解算方法及其测姿精度等,进行了进一步的阐述,为高精度 GPS 测姿提供了一个新的可能途径。     

GPS载波相位测量载体姿态方法研究

从GPS测姿与传统测姿进行对比入手,介绍了GPS载波相位测量载体姿态的坐标系及其变换,GPS测姿的两种方法,并对影响GPS测姿精度的误差源进行了分析,最后对GPS测姿在实际应用中存在的问题进行了讨论。     

GPS卫星导航系统多频姿态测量技术研究

GPS全球卫星导航系统现代化工作,为多频姿态测量接收机的研制提供了基础条件。针对低轨卫星、导弹、飞机和舰艇等平台对姿态测量的使用需求,给出了由天线单元、测量单元和姿态解算单元构成的多频姿态测量接收机总体方案。研究了基于GPS多频组合噪声残差法实时探测与修复周跳、基于几何约束的单历元模糊度解算等关键技术,并给出了详细的计算方程和流程。对GPS单频定姿接收机和多频定姿接收机进行静态试验,证明后者在测姿精度和解算成功率方面都优于前者。     

基于双天线GPS接收机航向姿态测量方法

论述目前航向姿态测量方法,分析了基于2套双天线GPS测姿系统实现载体姿态参数测量的可行性,详细论述了采用2套双天线GPS测姿系统实现载体姿态参数的测量方法及实验验证情况。采用此种GPS航向姿态测量技术,解决了某测量装备对姿态参数测量的问题,并通过综合处理满足了系统对测量精度的要求,节省了研制经费,该研究成果可推广应用于其他装备研制。     

基于GPS的某型舰船姿态测量算法和天线布局研究

利用载波相位GPS在舰船上进行GPS接收机布局设计和测姿实施过程中,如何快速求解出姿态角和布局GPS接收机来提高测量精度是当前研究的热点。在此采用直接法计算出舰船的姿态角,进一步通过分析基线长度研究GPS接收机的布局与舰船姿态测量精度的关系。首先介绍舰船测姿的基本概念及各坐标系之间的关系;然后通过直接法分析推导出测量航向角的模型,建立基线长度对测量精度的影响,从而得到基线越长,测角精度越高的结论。通过仿真试验进行验证,该结论为架设GPS接收机提高测角精度提供了参考依据。     

弹载组合导航算法仿真实现

本文阐述了基于高旋类弹载组合导航系统的功能和精度仿真,该仿真系统利用实弹惯性测量单元数据及卫星导航数据进行算法融合,从而实现空中动态初始对准及姿态位置解算功能.本算法中主要应用了EKF(扩展卡尔曼滤波)技术融合GPS数据和IMU(惯性测量单元)完成初始对准和航姿解算功能,经过算法仿真论证,本算法可以实现弹载体的航姿和位...     

基于MEMS的测姿定向方法研究

针对 MEMS 惯性器件精度较低,MEMS 惯导系统无法满足平台姿态精度要求的问题,本文提出了一种基于 MEMS 器件的测姿、定向方法。当载体近匀速运动时,利用加速度计和磁力计信息,采用垂直陀螺原理得到高精度的姿态信息,通过卡尔曼滤波估计出陀螺漂移,载体非近匀速运动时采用惯性姿态递推更新算法,补偿修正力矩和陀螺漂移误差,提高了载体的测姿定向精度。实验测试结果表明,采用本文的测姿定向方法后 MEMS 系统的姿态精度达到了 0.6°, 精度明显高于传统方法的精度,能够满足大多数中高精度平台的要求。     

基于单天线GPS载波幅度的旋转载体滚转角测量

传统的载体滚转角和转速测量方法成本高昂且仅限于高价值平台,为降低成本利用GPS信号测量滚转角的方法日益受到关注。将GPS载波信号的相位和幅度信息用于姿态测量,是目前旋转平台基于GPS测姿的两类主要方法。为了实现旋转载体的低成本高精度滚转角和转速测量,本文提出了单天线结构的利用GPS卫星接收机硬件相关器直接输出的导航用载波I/Q信号幅度特性,设计基于EKF的滚转角滤波器,利用载波I/Q信号的幅度特性对载波频率进行估计与跟踪,从而实现旋转载体的滚转角和转速的精确计算。实测数据试验表明,对于旋转载体仅利用卫星载波I/Q信号的幅度信息,本文提出的算法即可实时计算出旋转载体的滚转角和转速,且计算精度能够满足大多数的实际工程应用。     

双天线GPS航姿测量系统研究

本文研究两天线构成的航姿测量系统。该系统采用载波相位双差法进行GPS信号测量,利用直接法来求解载体的姿态。整周模糊度算法采用基于最小二乘法的整周模糊度搜索法,同时利用船舶的低精度姿态信息和预知的基线长度来辅助求解调整周期糊度,以提高求解速度,并增加可靠性,本文的方案经过了实测解算,证明可行。     

飞行器姿态对GPS信号仿真的影响分析

现代飞行器运动特性复杂,其姿态变化引起的天线对空覆盖特性改变,使得天线前端接收的信号增益变化。传统GPS信号仿真,在处理其信号增益上没有考虑上述影响。为此,综合天线波瓣图、坐标系转换以及飞行器的姿态,导出GPS信号增益模型,实现飞行器姿态在GPS信号仿真上的体现,对于深化卫星信号仿真技术具有工程上的指导意义。     

相位噪声对多天线QAM性能影响分析

正交幅度调制系统(QAM)对载波的相位噪声非常敏感,多天线技术的使用可以提高通信系统的性能。对QAM系统在当今通信系统中的应用及相位噪声对QAM系统性能影响进行介绍,对多天线QAM系统受相位噪声影响进行了理论分析及仿真验证,并给出了闭式误差向量幅度(EVM)表达式。给出的理论公式及仿真结果对多天线QAM系统相位噪声指标的确定及系统性能分析具有参考意义。     

高隔离度低相关性MIMO移动终端小型化多天线

A new method of forming a four-port multi-antenna by a two-unit patch antenna array is proposed to design a high isolation low correlation small size multi-antenna. Dual polarization is realized by the method of feeding in two ports. Defected Ground Structure (DGS) is used to eliminate the coupling between the two antenna units. The test results show that the isolation between two ports reaches around 20dB, and that the antenna correlation coefficients is less than 0. 5, which meets the requirements of future mobile communication systems and provides a solution to multi-antenna of MIMO terminals.     

降噪多天线卫星导航欺骗干扰抑制方法

由于欺骗干扰比真实卫星导航信号功率稍大,意味着其功率远小于压制干扰,致使多天线卫星导航接收机的阵列接收环境发生改变,无法抑制欺骗干扰。该文提出了一种能有效改善阵列接收环境,恢复多天线卫星导航欺骗干扰抑制能力的方法。该方法通过降噪预处理提高阵列接收信号的信噪比和干噪比,再使用输出功率最小准则最优化权矢量,从而实现欺骗干扰抑制。理论分析和实验结果表明,该方法能够有效抑制欺骗干扰,而且阵列输出信干噪比较高,干扰抑制后接收机捕获性能不受干扰影响。      

分集接收技术在海上升空通信中继系统中的应用

海上升空通信中继系统是解决海上广域无线宽带通信的重要手段,但其性能易受海面波动带来的多径衰落影响。为了有效提升中继系统接收信号质量,提出了一种多天线分集接收方法,通过现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)实现相应的接收处理。仿真分析及实验室测试表明,所提出的四天线分集接收技术能够带来近6 dB的合成增益。经海上对比试验验证,采用所提出的多天线分集接收技术的升空通信中继系统,其数据接收完整性提升了10%～20%,系统性能显著改善。     

Performance analysis of MIMO DUCA multiple antenna system

A MIMO multi-antenna system of compact double uniform circular array (DUCA) in three dimensional direc-tional frequency non-selective Rayleigh fading channel was analyzed and investigated. Equivalent network model of MIMO multi-antenna array considering MC effect was established, general expressions of correlations were derived and the relationship between correlations with and without MC was classfied. Then, the results were compared with general uniform linear array (ULA) and uniform circular array (UCA). It was concluded that the deployment of antennas plays a decisive role in correlations between antennas. The research has a good sense on designation of spatial massive MIMO multi-antenna array and system optimization.     

对角加载对信号源数检测性能的改善

对角加载技术可抑制小特征值对自适应权值的影响来加速自适应波束形成器的收敛性以及抑制导向矢量误差的影响避免信号相消,该技术通常用于稳健的波束形成算法.基于对角加载技术,本文提出了一种信号源数目判定的改进方法,通过对角加载数据协方差阵,可以平滑小快拍数和空间色噪声时的噪声特征值分散程度从而减轻其对信号源数目估计的影响,证明了该估计器的强一致性,分析了加载量对信号源数目估计的影响.最后通过仿真以及实测数据比较了本文方法和已有方法的性能,验证了所提方法的有效性.     

多节点协作通信技术研究

为了解决用户节点无法安装多个天线的问题,提出了多节点协作通信技术来形成虚拟的多天线阵列。多节点协作是一种新的空间分集方法,不同节点彼此共享天线并相互转发信息来得到分集增益。通过研究多节点协作通信的关键技术,分析多节点协作的性能增益,指明了多节点协作的发展与应用方向。     

一种高精度的BDS/INS紧耦合测姿算法

针对"北斗"卫星姿态测量系统在测姿过程中测姿精度和稳定性不高的问题,提出了"北斗"卫星导航系统(BDS)/惯性导航系统(INS)紧耦合姿态测量算法.该算法首先利用BDS观测量设计了BDS系统测姿误差模型;然后以INS状态误差方程为滤波系统状态方程,以载波相位为主要观测量设计了扩展卡尔曼滤波器,利用滤波器的输出实现对惯性导航测姿系统的辅助校正;最后采用静态测试、动态测试和遮挡测试验证该算法.该系统可以有效提高BDS测姿精度与输出频率,并且在静态条件下航向角测量精度可以达到0.15°.     

LMCCD立体测绘成像设计

受现今轨道和姿态测量以及姿态控制精度的限制,与传统三线阵立体测绘相比,采用线面阵CCD阵列(LMCCD)测绘体制可提高全球无地面控制点立体测绘精度。详细介绍了LMCCD立体测绘体制下的传感器配置、时间延迟积分(TDI)工作方式及狭小空间线路板连接和LMCCD同步控制方法。经测试该相机能有效削减测轨、测姿误差,满足无地面控制点1:50 000比例尺地图应用要求,性能还可进一步改进提高。     

Space flight tests of attitude determination using GPS

Preliminary space flight results of attitude determination using GPS are presented from a spacecraft in low Earth orbit. Relative position measurements accurate to the sub-centimetre level are made among multiple GPS antennas mounted on the space vehicle. A Trimble Navigation TANS Quadrex (a GPS receiver specially adapted for attitude determination by Stanford University) is used as a differential carrier phase sensor for the flight. Four GPS antennas are mounted on the zenith face of RADCAL, a polar orbiting, gravity-gradient-stabilized Air Force Space Test Program Satellite, built by Defense Systems, Inc. The four antennas are equally spaced about the perimeter of the 30 inch diameter cylindrical spacecraft bus. The Quadrex receiver measures the phase of the L-band GPS carrier (1575 MHz) at each of up to four antennas for up to six GPS satellites simultaneously. From these measurements, an initial assessment of attitude determination in space is performed in post-processing. For RADCAL, the attitude solution is greatly overdetermined. In a preliminary evaluation of system performance, the system accuracy is determined through measurement self-consistency. Analysis of the attitude motion in the context of a gravity gradient dynamic model yields further insight into the system performance.